2.4.1 设计和功能

受电弓的作用是将电能传输到电动牵引装置上。对于辅助设施、生活设施的固定用电与牵引车辆运行的移动用电两方面来说，电力传输都应安全可靠。受电弓包括主架、臂，弓头和传动装置。

以总质量为109kg的DSA-350 S型受电弓为例进行简单说明。该性能良好的受电弓是用于350km/h线路的单臂受电弓 [2.4]。主架包括抬升传动装置和缓冲装置，总重52.7kg。下臂和控制杆重34.6kg。上臂和弓头重9.1kg。两个带支架的滑板各重2.9kg。弓头由受电弓滑板支架、带角的弓头引导装置和受电弓滑板组成，可用于交流25kV/1000A和直流3kV/2400A线路。图2.14为该受电弓的主要特性数据。

图2.14 DSA-350S型受电弓 [2.4]

设计速度： 350km/h：

电压/电流： 25kV/1000A;

静态接触压力： 50～140N可调;

传动： 气压升降传动;

受电弓滑板： 安装在铝合金支架上的碳滑板;

v=250km/h，Re250型接触网的使用寿命100000km;

每个弹簧行程： 40～60mm;

总质量： 109kg;

材料： 主架，不锈钢，其他部件为铝合金

图2.15中的DBS54 (DB) 和RBS70 (DR) 型受电弓为此类传统设计的例子。

图2.16表示出受电弓和接触网相互作用的基本要求。

受电弓和接触网相互作用的基本要求是： 由于受电弓在运行中相对于接触网作横向运动，而受电弓弓头必须总是超出接触线最不利的位置，只有在运行中接触线不离开受电弓弓头的工作范围才能使系统顺利运行。在正常运行时，接触线在滑板上的滑行是最重要的。

图2.15 受电弓

a) RBS70型受电弓; b) DBS-54型受电弓 [2.8、2.9]

受电弓有上、下两个工作位置，这两个位置之间的范围便是工作范围。根据主架的上部界限，最高工作位和最低工作位之间的距离大约在2800mm和300mm之间。

图2.16 弓网之间几何作用的特性值 (德国铁路特定尺寸)

1) 焊接受电弓滑板半径Rs=6400mm

2.4.2 受电弓滑板特性

受电弓滑板为弓头的一个部分，直接与接触线接触取流。

滑板应具有以下特性：

—电接触电阻要小;

—熔点高;

—导热性良好;

—质量小;

—抗压强度高;

—弹性好;

—与铜接触线之间的摩擦系数校

用电极炭或用粘合剂的石墨制成的碳滑板已被证明特别适用于铜接触线。德国铁路和欧洲其他交流电气化铁道已将20世纪上半个世纪使用的金属受电弓滑板更换成碳受电弓滑板。现在单相交流电气化铁道采用的碳受电弓滑板的允许工作电流的上限值为每块滑板500～700A。带双滑板的受电弓的允许工作电流上限值约为1400A。直流电气化铁道润滑铜受电弓滑板的容许工作电流上限值为每块滑板1250A。当牵引车辆需要较大电流时，必须增加每辆车的受电弓数量。

但是，这样的接触状态会产生负效应。

在高速列车上，用于生活设施和辅助设备的电力需求达到1000kVA。该电力必须通过固定在车辆上的受电弓进行安全传送。为避免接触线熔化，静止车辆的电流必须保持在允许限度以下。例如关于受电弓/接触线相互作用，专家组在UIC 5AG (1992年发布) 活页(规程) 中规定，德国城际快车 (ICE) 受电弓的每个滑板允许电流为100A。1993年测试的滑板发热情况如表2.6所示。

表2.6 在静态情况下接触线为Ri100时受电弓滑板的电流

(滑板宽42mm，用BH424制成; 与一块焊接滑板接触，荷载持续时间>1h; 接触压力为30N。)

100

200

0.4

0.45

33

43

45

60

4

18

注 R_tr—可变电阻; θ_Fa—滑板支架温度; θ_cw—接触线温度;△P—功率损耗。

2.4.3 受电弓和架空接触网的接触压力

2.4.3.1 静态接触压力的要点

静态接触压力控制着受电弓和接触网之间的相互作用，所以静态接触压力、空气动力接触压力和动态接触压力是可分辨的。静态接触压力是当受电弓向上运动时由滑板对接触网施加的力，其大小可在牵引车辆上检测。为获得最稳定的工作条件，在受电弓上下运动的整个工作范围内静态接触压力应均等。事实上，由于连接处的摩擦导致上下运动之间有差别。

根据TSI能量 [2.18]，建议对受电弓采用以下静态接触压力：

—F_ko： 交流15kV和25kV为60～90N;

—F_Ko： 直流3kV为100～120N;

—F_Ko： 直流1.5kV为70～110N。

图2.17为DBS54型受电弓的静态接触压力F_ko的通用值。

图2.17 与工作高度相关的DBS54型受电弓的静态接触压力

图2.18 依照 [2.7]，正在运行的DSA 350S型受电弓的空气动力阻力R_st和功率损耗△P与速度的关系

1—空气动力阻力R_st; 2—功率损耗△P

2.4.3.2 空气动力接触压力

静态接触压力和由运行速度产生并取决于空气动力有效分力之合为空气动力接触压力。这个力垂直向上，在受电弓弓头保持静止且不与接触网接触时可以测得。在高速范围内，相对于速度来说，空气动力接触压力的增加相对较慢。运行方向中的列车前部受电弓上的空气动力作用要比安装在列车后部受电弓上的大，因此高速运行时使用机车后端的受电弓。

受电弓的空气动力阻力必须区别于空气动力接触压力。它是由与运行方向相反的风施加的。空气动力阻力主要发生在弓头上。图2.18为DSA 350S型受电弓因风速而产生的总的空气动力阻力。

单臂受电弓的空气动力接触压力和阻力取决于铰链接合是引前还是拖曳。这种受电弓的设计能控制阻力和空气动力接触压力。

图2.19 接触压力的分力

2.4.3.3 动态接触压力

根据EN50 206-1标准，空气动力接触压力和因弓网之间的相互作用形成的动态分力的总和称为动态接触压力。它主要取决于速度、架空接触网和受电弓的动态特性及其数量和间隔。它还取决于牵引车辆的运行状态和线路质量。

当接触网有变化时，如分段绝缘器那样的单个荷载会在动态接触压力中产生峰值。如可能的话，应加以避免。

对弓网之间的接触质量可通过动态接触压力来进行评估。

为避免电弧并限制接触网的抬升量和部件磨损，根据EN 50119活页规定，接触压力应为

AC

DC

DC

>200

≤200

>200

正数

正数

正数

350

300

400

EN50119标准要求单相交流电气化铁道和时速在200km以上的线路的接触压力不应超过250N。在分段绝缘器处的接触压力会达到350N。直流电气化铁道上的允许值规定为400N。对于两种类型供电方式的铁路，其接触压力的下限值在任何情况下都应大于零。图2.19表示出每种接触压力分力及其关系。